- •Курсовая работа
- •Проектирование твердотопливного ракетного двигателя третьей ступени трехступенчатой баллистической ракеты
- •Аннотация
- •Содержание
- •Введение
- •1. Выбор основных параметров рдтт
- •1.1 Выбор типа заряда
- •1.2 Выбор формы заряда
- •1.3 Выбор топлива
- •1.4 Выбор давления в камере сгорания и на срезе сопла
- •2. Расчет рдтт
- •2.1 Проектирование сопла
- •2.2 Расчет щелевого заряда рдтт
- •2.3 Расчет характеристик прогрессивности щелевого заряда рдтт
- •2.4 Расчет звездчатого заряда рдтт
- •2.5 Расчет на прочность корпуса рдтт
- •3. Расчет теплозащитных покрытий рдтт, выполненного по схеме «кокон»
- •3.1 Расчет тепловых потоков в элементах рдтт
- •3.2 Расчет теплозащитного покрытия двигателя
- •Литература
2.4 Расчет звездчатого заряда рдтт
Звездчатые заряды нашли очень широкое применение в современных двигателях твердого топлива, благодаря отработанной технологии изготовления и высокому коэффициенту внутреннего заполнения, однако звездчатые заряды имеют дигрессивные остатки топлива, которые можно устранить профилированием внутренней поверхности камеры сгорания и применением вкладышей из легких материалов.
Также по сравнению со щелевыми зарядами они дают меньшее время работы, а также наличие участков с повышенной концентрацией напряжений.
Исходные данные:
Тяга двигателя Р = 160 кН;
Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2;
Время работы двигателя τ = 60 с;
Диаметр заряда Dз = 1,457 м;
Плотность топлива ρт = 1770 кг/м3;
Температура горения топлива Тк = 3300 К;
Скорость горения топлива u = 0,0085 м/с;
Удельный импульс тяги с учетом потерь Jуд = 2352 м/с;
Газовая постоянная R = 307 Дж/(кг·К);
Давление в КС рк = 4 МПа;
Порядок расчета:
Величина скорости горения, которую можно допустить в канале заряда, исходя из условия отсутствия эрозионного горения:
,
где – удельный вес топлива;
– приведенная сила топлива.
Площадь канала при отсутствии эрозионного горения:
,
где – вес топлива;
– масса топливного заряда;
χ=1 – коэффициент тепловых потерь.
Находим потребный коэффициент заполнения поперечного сечения камеры:
,
где – площадь КС.
Определяем потребное значение относительной толщины свода заряда:
.
По графикам зависимостей подбираем число лучей nл и тип заряда, обеспечивающий потребный коэффициент заполнения. Выбираем звездчатый заряд со скругленными углами nл = 6.
По графикам и определяем характеристику прогрессивности горения заряда σs и коэффициент дигрессивно догорающих остатков λК. σs = 1,78; λК = 0,09.
Определяем длину заряда:
.
Угол раскрытия лучей:
.
Из технологических соображений выбираем радиус скругления:
.
По таблице определяем значение углов: β = 86,503 ; θ = 40,535 .
Определяем толщину свода заряда:
.
L3/D3 = 1,58/1,457 = 1,084 - это значение лежит в диапазоне среднестатистических данных для третьей ступени.
Рис. 1 Схема звездчатого заряда.
2.5 Расчет на прочность корпуса рдтт
Расчет позволяет определить толщину элементов корпуса, находящихся под давлением газов в КС. Необходимо, чтобы корпус был прочен и имел минимальную массу и стоимость.
Исходные данные:
Давление в КС РДТТ |
; |
Внутренний диаметр КС |
; |
Материал обечайки КС |
Сталь; |
Предел прочности |
; |
Модуль упругости |
; |
Порядок расчета:
Толщина металлической обечайки корпуса
м,
Где - коэффициент запаса прочности;
- временное сопротивление материала обечайки с учетом нагрева, которое равно
;
- коэффициент, учитывающий снижение прочности при нагреве .
- максимально возможное давление в КС РДТТ при максимальной температуре эксплуатации заряда
;
- максимальное расчетное давление в КС РДТТ;
- коэффициент, учитывающий разброс по давлению и скорости горения заряда, =1,15.
Принимаем м.
Расчет силовой оболочки сопловой крышки
Толщина сопловой крышки РДТТ
,
где - запас прочности сопловой крышки;
- внутренний диаметр силовой оболочки КС;
- предел прочности материала сопловой крышки;
- коэффициент, определяющий высоту днища по отношению к диаметру .
Для сопловой крышки принимаем тот же материал, что и для обечайки.
Принимаем .
Расчет переднего днища
Исходные данные:
Внутренний диаметр камеры |
; |
Диаметр заряда |
; |
Материал днища |
Сталь; |
Предел прочности |
; |
Диаметр отверстия под фланец |
. |
Порядок расчета:
Толщина днища
,
где - коэффициент, учитывающий снижение прочности днища от отверстия под воспламенитель,
.
Наиболее нагруженными являются точки стыка обечайки корпуса РДТТ и днища, а также стыка днища и воспламенителя.
Главные радиусы кривизны и для выбранных расчетных точек (рис. 9).
Рис. 9 Расчетная схема к определению радиусов кривизны днища и в расчетных точках днища.
Точка 1.
, ,
где - текущий радиус ;
а – большая полуось эллиптического днища ;
b – малая полуось эллиптического днища .
Главные радиусы кривизны в точке 1:
,
.
Толщина днища в точке 1
.
Принимаем
Точка 2.
Угол в точке 2, когда
равен .
Главные радиусы кривизны в точке 2:
,
.
Толщина днища в точке 2
Принимаем